毕业设计（论文）-PLC和组态软件的自动配料系统.doc

基于PLC和组态软件的自动配料系统院 系博雅学院专 业电气工程及其自动化班 级学 号姓 名盐城工学院2012年3月盐城工学院工控机论文目 录第一章 绪论11.1设计任务及要求11.1.1社会经济效益分析31.1.2利用组态软件与PLC的优点51.2 自动配料监控系统的设计51.2.1 组态软件监控系统的功能介绍51.2.2 组态软件监控系统界面的设计6第2章 系统通讯的实现72.1 组态王与PLC之间通讯概述72.2 S7-200 PLC的通信方式与参数设置112.2.1 通信方式11.2.2 计算机使用的通信接口参数的设置132.3 S7-200与组态王通讯的实现14背景17第3章 系统硬件设计193.1 S7-200系统概述193.1.1 系统功能概述193.1.2 PLC的基本结构203.1.3 S7-200 CPU和扩展模块213.2 自动配料系统223.2.1 控制要求223.2.2 自动配料系统控制图233.2.3 I/O地址表253.2.4 配料过程分析26第4章 自动配料系统和监控系统的设计284.1 PLC编程软件STEP7及其应用284.1.1 PLC的工作原理284.2 自动配料系统的设计304.2.1 启动程序324.2.2 正常时停止程序334.2.3 有故障时停止程序334.2.4 有重物时停止程序344.2.5 LED数码显示及复位程序354.2.6 系统调试35结论37参考文献38致 谢39附录 PLC程序40摘 要可编程程序控制器（PLC, Programmable Logic Controller）因其高可靠性和较高的性价比，而在工业控制中被广泛应用。组态软件由于计算机的普及和其本身价值（实时多任务、开放性、灵活性、通用性和可靠性）的被认知，也在快速的发展中。本文基于可编程序控制器PLC和组态软件设计自动配料系统的控制系统和监控系统。首先，利用德国Siemens公司的S7-200系列PLC对自动配料系统进行控制。运用与之相配的STEP7编程，通过LAD编程语言编制了下位机的控制程序，从而使该配料系统可以按要求完成自动配料，装料全过程。其次，自动配料系统的监控系统则采用了组态王组态软件对上位机监控软件组态，实现现场数据的实时监控。本文的主要内容包括对生产过程控制系统发展和现状的概述、配料系统工作原理和配料控制系统的总体设计，重点描述了包括硬件设计、编程环境及软件设计在内的西门子PLC在配料系统中应用的一些细节、组态王组态软件及其在上位机监控系统中一些基本设计，以及PLC与上位机之间的通讯。关键词：可编程序控制器；配料；组态软件盐城工学院工控机论文 第一章 绪论可编程序控制器是用微电脑技术制造的通用自动控制设备，它具有指令存储和数字量或模拟量输入输出接口，能够进行位运算，并完成逻辑，顺序、定时、计数和算术运算功能，实现复杂的逻辑控制。一般分为主模板、扩展模板、编程器等，每个模板的体积都比较小，相互连接方便。有的还有模数和数模转换，数据处理和通讯网络等功能。它的最大特点是将控制过程以程序方式存放在存储器中，修改程序也就修改了控制过程，这就给控制过程的设计、调试、修改，扩展带来了极大的方便和灵活性；它的另一特点是能够适应工业环境，在电源波动大、温差大、冲击震动较大的恶劣条件下仍能长时间，不间断运行，抗干扰能力强、稳定性好、具有很好的可靠性。由于它的种种优点，它己经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器，占据了电气控制系统中应用最为广泛的核心位置。监控组态软件是伴随着计算机技术、网络技术的突飞猛进发展起来的，监控组态软件是面向生产过程的监视、控制与数据采集的软件平台工具，具有实时多任务操作，设置项目丰富，使用方便、灵活、功能强大，监控组态软件通用性强，解决了人机图形界面的问题，通过监控组态软件对控制系统进行组态，可以把生产工艺上的参数在流程图上显示出来、处理数据报警和系统报警、存储历史趋势曲线、各种报表的生成和打印输出，在PC机的屏幕上进行整个生产过程的操作，接口开放，方便数据共享，支持多种硬件设备。因此监控组态软件得到了广泛的应用。PLC与监控组态软件的完美结合，通过监控组态软件对PLC及其它智能设备的I/O数据进行监控，应用越来越广泛。1.1设计任务及要求本次设计的自动配料系统主要是完成给小车的自动配料，系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统自动关闭。本设计的突出点是故障检测部分的设计，首先，当某一节传送带发生故障时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。其次，当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，并且数码显示电路会显示发生故障的电机的号码，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。整个系统是以PLC为核心设计的，利用组态王进行监控，可实现静态观测和动态模拟。并且通过PLC控制可以实现人为停车和故障时自动停车1.1.1 社会经济效益分析本文所设计的自动配料系统下位机采用的是西门子S7-200系列PLC，上位机监控系统采用是组态王工控组态软件进行监控。利用组态王进行监控，不仅可以实现装车过程的现场监视，而且可以实现在监控系统上进行整个装车过程的。这样不仅减少现场的工作人员数量，而且可以提高生产效率。1. 组态王概述在使用工控软件中，人们经常提到组态一词，组态的英文是“Configuration”，简单地讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。与硬件生产相对照，组态与组装相似。如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘及光驱等，我们的工作就是用这些部件拼成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、形状、颜色等）。“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System，简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的成本；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的额互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。对应于原有的HMI的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长、效率低、可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，用户可以利用组态软件的功能，构建一套适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会被不断赋予新的内容。需求是推动组态软件发展的第一动力。组态软件市场的崛起一方面为最终拥护节省了系统投资，另外也为拥护解决了实际问题。现在用户购买组态软件虽然也需要一定的投资，但是和以前相比，投资额得到了大大降低。使用组态软件，用户可以做到“花了少量的钱，办成了大事情”。社会信息化的加速是组态软件市场增长的强大推动力。随着经济发展水平的提升，信息化社会将为组态软件带来更多的市场机会。专用系统对组态软件的需求所站比例日益提高。组态软件的灵活程度和使用效率是一队矛盾，虽然组态软件提供了很多灵活的技术手段，但是在大多数情况下，用户只使用其中的一小部分，在有些应用领域，自动监控的目标及其特性比较单一（或可枚举，或可通过某种模板自主定义、添加、删除、编辑）且数量较多，用户希望自动生成大部分自动监控系统，例如在电梯自动监控、动力设备监控、铁路信号监控等应用系统。这种应用系统具有一些“傻瓜”型软件的特征，用户只需要用组态软件做一些系统硬件及其参数的配置，就可以自动生成某种特定模式的自动监控系统，如果用户对自动生成的监控系统图形界面不满仪，还可以进行任意修改和编辑，这样既满足了用户对简便性的要求，同时又配备了比较完整的编辑工具。2. 组态王概述1） Internet时代的杰作随着Internet科技日益渗透到生产、生活的各个领域，自动化软件的e趋势已发展成为整合IT与工厂自动化的关键。组态王6.51的Internet版本立足于门户概念，采用最新的JAVA 2核心技术，功能更丰富，操作更简单。整个自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给使用者，并且不同工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作，这包括现场的操作者可以完成设备的起停、中控室的工程师可以完成工艺参数的整定、办公室的决策者可以实时掌握生产成本、设备利用率及产量等数据。组态王6.51的Internet功能逼真现场画面，使您在任何时间任何地点均可实时对企业每一个生产细节、现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表(支持报表打印和数据下载)、操作记录和报警等均轻松浏览。当然您必须要有授权口令才能完成这些。用户还可以自己编辑发布的网站首页信息和图标，成为真正企业信息化的Internet门户。2） 性能卓越的分布式高速历史库过程数据的存储功能对于任何一个工业自动化系统来说都是至关重要的，随着自动化程度的进一步普及和提高，用户对重要数据的存储和使用的要求也越来越高。面对大批量实时数据的存储，必须解决同步存储速度响应慢、数据易丢失、存储时间短、存储占用空间大、数据读取访问速度慢等用户最关心的问题。因为用户需要一个实时的、记录准确地、高效的、可节约用户硬件成本的工业过程数据存储方案。组态王6.51顺应这种用户的期望，提供支持毫秒级高速历史数据的存储和查询功能的工业过程数据库。真正的企业级生产过程数据仓库。采用最新数据压缩和搜索引擎技术，数据压缩比优于20%，节约用户硬件成本；一个月内数据(单点，记录间隔10秒)按照每小时间隔，在百毫秒内即可完成查询。真正实现历史数据的数据追记、数据合并。可以将特殊设备中存储的历史数据片段通过组态王驱动程序完整的合并到历史数据服务器中；也可以将远程站点上的组态王历史数据片段合并到历史数据服务器上。1.1.2利用组态软件与PLC的优点 利用组态王软件与PLC相结合可以方便的实现配料系统的控制，软件上组态灵活，控制方案也可以适应不同层次用户的需要，修改方便，硬件上支持与多种设备相连接，可以组成不同的控制系统，利用通信网络可将生产过程送到管理层，实现数据共享。与传统的控制方案相比，操作简单，维护方便，控制精度高。组态软件的发展趋势1.2 自动配料监控系统的设计1.2.1 组态软件监控系统的功能介绍运行方式：手动操作。用户界面：界面美观易于操作。实时监控：界面动态跟随硬件的运行过程，每一步都可以完整的显示在组态王的界面上，并可以实现手动控制。报警功能：系统有自动报警功能，当系统发生故障时，监控画面会跟随PLC自动实现停机操作。组态王可读取PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个配料装置的运行情况。一旦发现故障报警信息，系统即显示报警画面，PLC发出相应动作指令，实现自动停机操作。1.2.2 组态软件监控系统界面的设计监控系统的界面如图1.1所示。图1.1 监控系统的界面上图即为自动配料系统的监控画面，该图是自动配料面板的模拟，图中的指示灯与自动配料面板上的灯一一对应，报警灯在动配料系统发生故障停机时会自动亮起。第2章 系统通讯的实现2.1 组态王与PLC之间通讯概述随着工业自动化技术的发展，人们对自动化监控系统的要求越来越高。而在设计开发实时监控系统时，现场设备与上位机软件的通讯是关键技术，下面介绍了工控软件“组态王”与西门子S7-200的通信方式。1. 组态王与S7-200的通信方式（1） 组态王通讯机制组态王把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，为实现和外部设备的通讯，组态王内置有大量的设备驱动作为外部设备的通讯接口。在开发过程中，只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”，一步步完成连接过程，即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间，组态王可以通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据或指令。组态王的驱动程序采用ActiveX技术，每一驱动都是一个COM对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，从而保证运行系统的高效率。因此，组态王可以与一些常用I/O设备直接进行通讯，如可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表等。组态王与I/O设备之间的数据交换采用五种方式：串行通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。（2） 组态王与S7-200的PPI通讯方式PPI（Point-to-Point）是西门子专为S7-200系列开发的一个通讯协议，为主/从协议，PC机为主站，S7-200为从站。该方式下有两种硬件连接方法，一种是使用PPI电缆将PC机串口和S7-200的通讯口相连，采用串行通讯方式。另一种是PC机通过CP5611通讯卡与S7-200相连。在第一种方式下，使用PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN32安装通讯硬件，在“SET PG/PC Interface”对话框中配置PC/PPI cable，选择Interface Parameter Assignment为PPI，并设置PPI参数默认值，双击通讯框中得刷新图标后建立与S7-200的通信连接。在第二种方式，将CP5611卡安装在PC机的插槽中，用连接电缆将CP5611卡与S7-200的PORT口相连，安装STEP7-Micro/WIN32和STEP 7V5.0+ServicePack5（或STEP 7 V5.1+ServicPack 2），运行PG/PC-interface parameterization，将用户界面配置为CP5611 (PPI)方式。这两种方式的上位机组态王的设置基本相同，首先使用“设备配置向导”定义外部设备，分别选择西门子S7-200系列PPI通信和西门子S7-200系列通讯卡通信，并设定如下通信参数:波特率9600bps，数据位8位，停止位1位，偶校验。在设定PLC地址时，两种方式有所不同，前者将PLC地址设为默认地址2。后者采用“PLC地址.2”地址格式，小数点前的数字为有效地址PLC的地址(即站号)，小数点后为数字2，所设定的地址范围为2.2126.2，其中PLC的地址可通过编程软件STEP 7-Micro/WIN设置来实现。在组态王的“数据字典”中定义相关变量，选择变量类型为I/O型，并选择连接设备，指定所访问的寄存器名及寄存器类型。注意，组态王只支持V寄存器，如果要监控Q、M寄存器，可以先在PLC程序中将Q、M寄存器传至V寄存器，组态王通过对V寄存器的操作来实现对Q、M寄存器的监控。另外，组态王不支持直接以I/O离散变量的定义，需以字节(BYTE)形式存取，每一BYTE类型(8个BIT位)对应8个开关量的输入或输出状态，即BYTE的07位分别对应输入或输出的07开关量通道，如果要显示或控制某一开关量通道的状态，可以使用组态王提供的BIT()或BITSET()函数进行取位或置位。在制作好的监控画面中，将画面的图素与定义的变量建立“动画连接”，在TouchVew中运行，即可建立实时通信，得到一个反映工业现场的监控画面。（3） 组态王与S7-200的MPI通讯方式MPI（Multi-Point）为多主站的通信方式。在西门子公司的可编程控制器、操作员界面和编程器上的集成有MPI口，可与PC机、S7-200建立小型的MPI网。由于S7-200只能作为MPI从站，所以装有组态王的PC机与S7-200仍为主/从协议。PC机通过MPI卡（如CP5611通讯卡）接入MPI网中作为主站。其通信设置和使用与前类同。用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快的多，这样可以提高程序的执行速度。（4） 组态王与S7-200的自由口通讯方式自由口通讯方式是S7-200的一个很有特色的功能。它是一种通讯协议完全开放的工作方式，不受PPI协议的限制，是PPI方式的一个补充。在该方式下的通讯口的协议由外设决定，PLC通过程序来适应外设。从而使得S7-200系列PLC可以与任何具有通讯能力的并且协议公开的设备相通讯，即S7-200可以由用户自己定义通讯协议。在与组态王采用自由口协议方式通讯时，为主从的问答方式，装有组态王的上位机为主呼方，下位机S7-200为应答方。使用STEP 7 Micro/WIN编写的自由口通讯的PLC初始化程序，该梯形图程序通过接收中断和发送中断以及发送指令(XMT)控制通信口的操作，其默认的PLC通讯端口为PORT0，地址为2，波特率9600bps。若要更改通讯端口、地址和波特率，可在STEP 7-Micro/WIN编程软件中将中断程序6(INT_6)中XMT指令的PORT0口改为所用端口，并在系统块中进行相应更改；将VW8(存放PLC的地址的寄存器)传送PLC的实际地址值;波特率设置可通过更改SMB30的值，该寄存器是自由口控制寄存器，用于存放自由口控制字节。在使用PLC初始化程序具体操作时，首先用PC/PPI电缆将PC机的串口与S7-200的通讯口相连，当CPU为226时，有两个通讯口：PORT0和PORT1,应选择PORT0与组态王进行通讯，因为此时使用PORT1通讯不上。在PC/PPI电缆上有DIP开关，用于设置通讯的波特率，此处设为9600bps，与SET PG/PC intererface中的设置一致。使用PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN32安装和设置PC/PPI电缆，建立计算机与S7-200的连接后将自由口通讯的初始化程序下传至PLC中去。在组态王中定义外部设备为西门子S7-200系列编程口通信，并设定如下通信参数：波特率9600bps，数据位8位，停止位1位，无校验，设定PLC地址为默认地址2。其它操作与前相同，运行TouchVew，则可建立组态王与S7-200的自由口通信方式。（5） 组态王与S7-200的Profibus-DP通讯方式Profibus-DP是用于分布式的I/O设备高速通信的一种协议，该协议定义了主站和从站，支持单主站或多主站系统，各主站间为令牌传递，主站与从站间为主/从传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。S7-200可通过增加EM277 Profibus-DP扩展模块的方法支持Profibus-DP网络协议，作为DP从站。使用Profibus-DP协议方式S7-200和组态王通讯时，需要通过OPC方式来实现，组态王不再提供直接的DP驱动，其中西门子提供OPC Server，组态王作为OPC Client进行数据通讯。具体配置过程为:1） 将CP5611通讯卡安装在PC机中，并根据硬件安装向导安装卡的驱动程序，用Profibus-DP通讯电缆将CP5611卡与EM277通讯口相连，CP5611作为DP主站。2） 在PC机上安装Simatic net 6.0软件，它用于组态整个Profibus-DP网络。软件安装后，首先选择SIMATIC NETSettingsConfiguration Console，在PC Station中添加OPC Server程序及CP5611通讯卡；然后使用SIMATIC NETSettingsCommissioning WizardPC Station Wizard创建项目和虚拟PC Station；更改硬件组态时，在弹出PC Station 的配置图中添加EM277的GSD文件后，设置CP5611卡的地址和通讯波特率及协议模式，此处我们将CP5611卡的地址设为1，通讯波特率设为1.5M，协议选择DP，并将CP5611卡操作模式选择设为DP Master，在HW Config窗口的DP Master总线上添加EM277模块作为DP从站，双击总线上的EM277模块设置其地址(要求与实际模块的拨码设置一致)，此处我们设为2，并为EM277建立数据交换区，可根据实际需要选择交换区大小；在SETPG/PC Interface设置为S7ONLINE（STEP 7）PC internal（local），CP-L2-1：CP5611（PROFIBUS）；然后将以上配置信息下载到虚拟PC站中。3） 通过西门子提供的OPC Server程序读写PLC中的的数据。用鼠标点击“SIMATIC NETProfibusSoftnet ProfibusOPC Scout”，进入OPC Server的项目配置环境；在OPC Server中用鼠标双击“OPC.SimaticNet”，新建一个组名，双击创建的组则可打开“OPC-Navigator”，此时可看到在配置网络过程中选择的协议；双击“DP”项，在OPC中作相应的定义。定义完毕后，运行OPC Server程序，则可通过Profibus-DP总线协议和PLC建立连接。4） 用组态王读取OPC Server中的数据。在组态王中选择OPC.SimaticNET建立OPC服务器，在“数据字典”中定义变量，变量为I/O型，连接设备为OPC服务器，即OPC.SimaticNET，寄存器中可直接引用OPC中所定义的所有变量元素；在制作好的画面上建立变量的动画连接并运行组态王，则组态王可通过OPC与S7-200通信。2. 总结通过比较和分析，本次设计采用的PPI通信方式。利用组态王开发，过程简单易学，网络通信不需要了解协议的具体细节，结合S7-200良好的开放性和兼容性，可建立多种实时监控系统，显著提高了工业自动化水平。2.2 S7-200 PLC的通信方式与参数设置2.2.1 通信方式1. S7-200的通信方式S7-200的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。在运行Windows或Windows NT操作系统的个人计算机(PC)上安装了STET 7-Micro/WIN 32编程软后，PC可作为通信中的主站。（1）单主站方式单主站与一个或多个从站相连，STEP 7-Micro/WIN32每次和一个S7-200 CPU通信,但是它可以访问网络上的所有CPU。（2）多主站方式通信网络中有多个主站，一个或多个从站。带CP通信卡的计算机和文本显示器TD200、操作面板OP15是主站，S7-200 CPU可以是从站或主站。2. 网络部件（1）通信口S7-200 CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN 50170。（2）网络连接器利用西门子提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易的连到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子，可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程接口。两种网络连接器还有网络偏置和终端偏置的选择开关，该开关在ON位置时的内部接线图，在OFF位置时未接终端电阻。接在网络端部的连接器上的开关应放在ON位置。带有编程器接口的连接器可以把SIMATIC编程器或操作员面板接到网络中，而不用改动现有的网络连接。编程器接口的连接器把CPU来的信号传到编程器接口，这个连接器对于连接从CPU获取电源的设备(例如操作员面板TD200或OP3)很有用。3. 使用PC/PPI电缆通信使用PC/PPI电缆可实现S7-200CPU与RS-232标准兼容的设备的通信。有两种不同型号的PC/PPI电缆：（1）带RS-232口的隔离型PC/PPI电缆，用5个DIP开关设置波特率和其他配置项。通信的波特率用PC/PPI电缆盒上的DIP开关来设置。（2）带RS-232口的非隔离型PC/PPI电缆，用4个DIP开关设置波特率，这种电缆已经被隔离型PC/PPI电缆取代。当数据从RS-232传送到RS-485口时，PC/PPI电缆是发送模式。当数据从RS-485传送到RS-232口时，PC/PPI电缆是接收模式。检测到RS-232的发送线符时，电缆立即从接收模式切换到发送模式。RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。这个时间与电缆上的DIP开关设置的波特率有关4. 在编程软件中安装与删除通信接口在STEP 7-Micro/WIN 32中选择菜单命令“检视通信”或单击浏览栏中的通信图标，可进入设置通信的对话框。在对话框中双击PC/PPI电缆的图标，出现“设置PG/PC接口(Set PG/PC Interface)”对话框。按“Select(选择)”按钮，出现“安装/删除”窗口，可用它来安装或删除通信硬件。对话框的左侧是可供选择的通信硬件，右侧是已经安装好的通信硬件。1) 通信硬件的安装从左边的选择列表框中选择要安装的硬件型号，窗口下部显示出对选择的硬件的描述。单击“Install(安装)”按钮，选择的硬件将出现在右边的“Installed(已安装)”列表框。安装完后按“Close(关闭)”按钮，回到“设置PG/PC接口”对话框。2) 通信硬件的删除在“安装/删除”窗口中右边的已安装列表框中选择硬件，单击“Uninstall(删除)”按钮，选择的硬件被删除。3) Windows NT用户的特殊硬件安装信息在Windows NT操作系统安装硬件模块与在Windows 95上安装略有不同。Windows 95自动地设置系统资源，而Windows NT只提供默认值，它们与硬件配置可能不匹配，但可以很容易地修改这些参数，以便与要求的系统设置匹配。安装完硬件后，在已安装列表栏中选择它，单击“Resource(资源)”按钮，出现资源对话框，该对话框允许修改实际安装的硬件的系统设置值。如果该按钮呈灰色，说明不需修改参数。此时可能需要参考硬件手册，根据硬件设置决定对话框中列举的各个参数的设置值。为了正确建立通信，可能需要试几个不同的中断。如果在Windows NT中使用PC/PPI电缆，网络中不允许有其他主站。.2.2 计算机使用的通信接口参数的设置打开“设置PG/PC接口”对话框，“Micro/WIN”应出现在“Access Point of the Application(应用的访问接点)”列表框中。PC/PPI电缆只能选用PPI协议：选择好通信协议后，单击“设置PG/PC接口”对话框中的“属性(Properties)”按钮，然后在弹出的窗口中设置通信参数。PC/PPI电缆的PPI参数设置：如果使用PC/PPI电缆，在“设置PG/PC接口”对话框中单击“属性”按钮，就会出现PC/PPI电缆(PPI)的属性窗口。进行通信时，STEP 7-Micro/WIN 32的默认设置为多主站PPI协议。此协议允许STEP 7-Micro/WIN 32与其他主站(TD 200与操作员面板)在网络中共为主站。选中PG/PC接口中PC/PPI电缆属性对话框中的“多主站网络(Multiple Master Netword)”，即可以启动该模块，未选择时为单主站协议。1. S7-200的网络通信协议S7-200支持多种通信协议，如点对点接口(PPI)、多点接口(MPI)和PROFIBUS。它们都是基于字符的异步通信协议，带有起始位、8位数据、偶校验和1个停止位。通信帧是由起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性校验和组成。只要波特率相同，三个协议可以在网络中同时运行，不会相互影响。协议支持一个网络上的127个地址(0126)，网络上最多可有32个主站，网络上各设备的地址不能重复。运行STEP 7-Micro/WIN 32的计算机的默认地址为0，操作员面板的默认地址为1，可编程控制器的默认地址为2。（1）点对点接口协议(PPI)PPI(Point-to-Point)是主/从协议，网络上的S7-200 CPU均为从站，其他CPU、SIMATIC编程器或TD200为主站。如果在用户程序中允许PPI主站模式，一些S7-200 CPU在RUN模式下可以做主站，它们可以用网络读(NETR)和网络写(NETW)指令读写其他CPU中的数据。S7-200 CPU作PPI主站时，还可以作为从站响应来自其他主站的通信申请。PPI没有限制可以有多少个主站与一个从站通信，但是在网络中最多只能有32个主站。（2）多点接口协议(MPI)MPI是集成在西门子公司的可编程序控制器、操作员界面和编程器上的集成通信接口，用于建立小型的通信网络。最多可接32个节点，典型数据长度为64字节，最大距离100m。MPI(Multi-Point)可以是主/主协议或主/从协议。S7-300 CPU作为网络主站，使用主/主协议。对S7-200 CPU建立主/从连接，因为S7-200 CPU是从站。MPI在两个相互通信的设备之间建立连接，一个连接可能是两个设备之间的非公用连接，另一个主站不能干涉两个设备之间已经建立的连接。主站可以短时间建立连接，或使连接长期断开。每个S7-200 CPU支持四个连接，每个EM277模块支持6个连接。它们保留两个连接，其中一个给SIMATIC编程器或计算机，另一个给操作员面板。保留的连接不能被其他类型的主站(如CPU)使用S7-200与计算机之间的MPI通信，S7-200要与计算机之间进行MPI通信，计算机内必须安装有CP561网卡。2.3 S7-200与组态王通讯的实现完成实时监控系统与控制系统的设计之后，就可以开始进行PLC与组态王的通讯设置，实现对自动配料系统的控制和实时监控。实现通讯的具体步骤如下：1. 串口设置单击工程浏览器中设备，出现下拉菜单，双击COM1，弹出如图2.1所示画面，设置波特率为9600，数据位为8，停止位为1，通信方式为RS232。图2.1 串口设置2. 组态PLC设置（1）单击工程浏览器中设备，选择COM1。（2）首先选择“西门子S7-200系列”下的“PPI”通信方式；然后设置PLC的逻辑名称为“PLC1”或别的名称；选择串口号“COM1”，与前面的串口选择相同； 最后设置PLC的地址为“2”或别的地址，但不能设置为“0”，因为主机地址为“0”。3. 变量设置双击左边数据词典，再双击右边的新建变量，出现图2.2所示界面，输入变量名“开关”，输入变量类型“I/O离散”，单击“确定”开关，完成变量“开关”的设置。变量“灯”的设置与变量“开关”的设置相同。图2.2 画面变量设置寄存器变量的设置。双击左边数据词典，再双击右边的新建变量，出现图2.3所示界面，为记忆方便输入变量名“M1”，输入变量类型“I/O整数”，连接设备“PLC1”，寄存器选“M1”，数据类型“BYTE”，单击“确定”按钮，完成变量“M1”的设置。其他寄存器变量的设置与此类似。图2.3 寄存器变量设置3. 总结当PLC与组态王设置完毕后，即可以进行通讯监测。首先，启动PLC程序并运行，因为S7-200 PLC与组态王是串口通信，所以必须先关闭PLC的运行程序，再启动组态王监控系统系统，才可以进行监控。背景自动配料系统在冶金、建材、化工及食品等行业应用非常广泛，近几年来随着计算机技术和PLC技术的飞速发展，国内外的组态软件不断完善，自动配料系统控制方案也在不断改进。由于PLC的迅猛发展，实现了工业控制领域的飞跃，其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC正在成为工业控制领域的主流控制设备，可以用于各种规模的工业控制场合，在各个领域发挥着越来越大的作用。除了逻辑处理功能以外，近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC从逻辑控制渗透到了生产过程控制、运动控制等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强，使用PLC组成各种控制系统变的非常容易。本毕业设计是西门子可编程序控制器和组态王组态软件在配料控制系统中的应用和研究，采用的是德国Siemens公司的S7-200系列PLC，运用与之相配的STEP7编程软件，通过LAD编程语言编制了下位机的控制程序，从而使配料系统可以按要求自动完成配料和装料全过程，并且在发生故障时可以自动停机。采用了组态王组态软件对上位机监控软件组态，实现了现场的实时监控，实时模拟等具有Windows风格的动态操作画面。通过PLC和组态软件的有效结合使配料系统大幅度提高其方便性、可靠性1.微小型PLC发展微小型PLC，使其体积更小、速度更快、功能更强、价格更低、配置更加灵活。由于自动控制系统规模的不同，小型化、低成本的PLC将广泛应用于各行各业，其组成由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，例如SIEMENS公司的S7-200的最小配置为CPU221，主机有6DI/4DO（数字量输入/数字量输出），而CPU224主机可扩展7个模块，最大达94DI/74DO，16AI/16AO（模拟量输入/模拟量输出），可满足比较复杂的控制系统的要求。2. 大型PLC发展大型PLC，使其具有大型网络化、高可靠性、多性能、良好的兼容性等特点。网络化和强化通信能力是PLC发展的一个重要方面，向上与以太网、MAP网等相连，向下通过现场总线（如PROFIBUS）将多个PLC与远程I/O等相连，构成整个工厂的自动化控制系统。近年来各公司陆续推出各种智能模块，大大增强了PLC的控制功能。智能模块是以微处理器为基础的功能部件，其CPU与PLC的CPU并行工作，能够独立完成某些控制功能，如通信控制、高速计数、模拟量输入输出等，使系统设计和调试时间减少，控制精度提高。好的兼容性是PLC深层次应用的重要保证，SIEMENS公司的S7系列PLC与通用微机兼容， PLC的编程语言STEP7可运行在Windows环境下，提供了很强的梯形图、语句表的编程、调试和诊断等功能，体现了现代PLC的特点。主电路图220vM3KM1KM2KM1QSB1KM2KM1KM2SB3FR1KM2FR1Fu4Fu1Fu2Fu3L2L3L1KM1SB2CAB 图1.3 主电路图第3章 系统硬件设计本自动配料系统的硬件采用的西门子S7-200，运用与之相配的STEP 7编程软件，采用LAD编制了下位机的控制程序。以下将对硬件设计的过程进行详细的介绍。3.1 S7-200系统概述西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-200系列PLC共有5种基本型号的CPU模块，即CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 226、CPU 226 XM，控制点数可以从10点扩展到248点。其中，CPU 221无扩展功能，适于用做小点数的微型控制器，CPU 222有扩展功能，CPU 224是具有较强控制功能的控制器，CPU 226和CPU 226 XM适用于复杂的中小型控制系统。所有型号的CPU在内部都集成了1个（CPU 221、CPU 222、CPU 224）或2个（CPU 226、CPU 226 XM）通讯口，该通讯口为标准的RS485口，可在三种方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通讯口方式。另外，S7-200可通过增加EM277模块接入Profibus-DP网络，通过CP243-1通讯模块连入工业以太网，通过CP243-2模块使其成为AS-i主站。3.1.1 系统功能概述S7-200 PLC系统是紧凑型可编程控制器。系统的硬件构架由组成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7-200除具有PLC基本的控制功能外，更在如下方面有独到之处。1. 功能强大的指令集指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令、通讯指令以及和智能模块配合的指令等。2. 丰富强大的通讯功能S7-200提供了近10种通讯方式以满足不同的应用需求，从简单的S7-200之间的通讯到S7-200通过Profibus-DP网络通讯，甚至到S7-200通过以太网通讯。在互联网需求已日益成为必需的今天。强大的通讯无疑会使S7-200为更多的用户服务。可以说，S7-200的通讯功能已经远远超出了小型PLC的整体通讯水平。3. 编程软件的易用性STEP7-Micro/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、Windows的界面风格以及丰富的编程向导，能使用户快速进入状态，得心应手。3.1.2 PLC的基本结构PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。1. CPU模块CPU模块主要由微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。2. I/O模块输入模块和输出模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。（1） 输入模块输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。S7-200的滤波电路延迟时间可以用编程软件中的系统块设置。（2） 输出模块S7-200的CPU模块的数字量输出电路的功率元件有驱动直流负载的场效应晶体管和小型继电器，后者既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载，负载电源由外部提供。输出电流的额定值与负载的性质有关，例如S7200的继电器输出电路可以驱动2A的电阻性负载，但是只能驱动200W的白炽灯。输出电路一般分为若干组，对每一组的总电流也有限制。3.1.3 S7-200 CPU和扩展模块1. S7-200 CPUS7-200 CPU将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，组成一个功能强大的PLC。西门子提供多种类型的CPU，以适应各种应用的需求。不同类型的CPU具有不同的数字量I/O点数和内存容量等规格参数。目前，提供的S7-200 CPU有：CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 226和CPU 226 XM。S7-200 CPU提供了一个可选卡插槽，可根据需要插入三种插卡中的一种。（1） MC291：存储器卡MC291可提供EEPROM存储单元。在CPU上插入存储器卡后，可使用编程软件STEP7-Micro/WIN32将CPU中的存储内容（系统块、程序块和数据块等）复制到卡中；把存储卡插到其他CPU上，通电时存储卡的内容会自动复制到CPU中。存储器卡用于传递程序，被写入的CPU必须和提供内容来源的CPU相同，或更新切型号更高。（2） CC292：日期/时钟电池卡CC292可用于CPU 221和CPU 222两种不具备内部时钟的CPU，以提供日期/时钟功能，同时提供内存后备电池。（3） BC293：电池卡BC293可为所有类型的CPU提供数据保持的后备电池。电池在超级电容放电完毕后起作用。2. 扩展模块S7-200 CPU为了扩展I/O点和执行特殊的功能，可以连接扩展模块（CPU 221除外）。扩展模块主要有如下几类：l 数字量I/O模块。l 模拟量I/O模块。l 通讯模块。l 特殊功能模块。3. 电源所有的S7-200 CPU都有内部电源，可为CPU自身、扩展模块和其他用电设备提供5V、24V直流电源。扩展模块通过与CPU连接的总线连接电缆取得5V直流电源。CPU还向外提供一个24V直流电源，从电源输出点（L+，M）引出。此电源可为CPU和扩展模块上的I/O点供电，也为一些特殊或智能模块提供电源。此电源还从S7-200 CPU上的通讯口输出，提供给PC/PPI编程电缆，或TD200文本显示操作界面等设备。每个扩展模块都需要5V直流电源，应当检查所有扩展模块的5V直流电源需求是否超过CPU的供电能力，如果超出，就必须减少或改变模块配置。4. 最大I/O配置S7-200按照I/O的类型为其分配不同的地址，共4类。l DI：数字量输入。l DO：数字量输出。l AI：模